网络设备、时间同步方法及其网络系统与流程

本发明是指一种可提供高时间同步精确度的网络设备、时间同步方法及其网络系统。

背景技术：

随着网络技术的发展，已可实现各式各样的网络应用。就一些网络应用而言(例如自动化控制、仪器量测、即时影像监控等)，其要求较高的时间同步精确度。然而，网络中的各节点和终端的设备会受到所处环境的影响，导致其所产生的振荡频率产生不同程度的偏移，而造成各个网络设备的系统时间的同步精确度降低。如何使网络中各个设备达成精确的系统时间同步，为相关领域技术人士所致力的目标之一。

图1是绘示主要时钟110与从属时钟120在时间同步流程时所进行的信息传递的示意图。主要时钟对应主要时钟设备，而从属时钟120对应连接至主要时钟设备的网络设备或终端设备。或者，主要时钟对应网络设备，而从属时钟对应连接至此网络设备的下一级网络设备或终端设备。主要时钟110和从属时钟120是使用由IEEE所制定的精确时间协定(Precision Time Protocol；PTP)来进行彼此之间的信息传递。

如图1所示，根据精确时间协定，首先主要时钟110在时间T1时送出同步信息(synchronization message)M1至从属时钟120，且记录送出同步信息M1的时间T1。在送出同步信息M1后，主要时钟110产生包含时间T1的数据的补充信息(follow-up message)M2，接着送出补充信息M2至从属时钟120。从属时钟120收到同步信息M1后，记录收到同步信息M1的时间T2。接着，从属时钟120收到补充信息M2，并取出在补充信息M2中的时间T1，从而计算出时间T1与T2之间的时间差(T21＝T2-T1)。此时间差T21即为从属时钟120相对于主要时钟110的时间偏移(time offset)TO加上主要时钟110送出信息至从属时钟120的传递延迟(propagation delay)TD1。

接着，从属时钟120在时间T3时送出请求延迟信息(delay request message)M3至主要时钟110，且记录送出延迟请求信息M3的时间T3。主要时钟110收到请求延迟信息M3后，记录收到延迟请求信息M3的时间T4，接着产生包含时间T4的数据的延迟应答信息(delay response message)M4，并送出延迟应答信息M4至从属时钟120。从属时钟120收到延迟应答信息M4后，取出在延迟应答信息M4中的时间T4，从而计算出时间T3与T4之间的时间差(T43＝T4-T3)。此时间差T43即为从属时钟120相对于主要时钟110的时间偏移TO减去从属时钟120送出信息至主要时钟110的传递延迟TD2。

通过进行上述时间同步流程，可得到时间差T21及T43，其分别为T21＝TO+TD1及T43＝TO-TD2。假设主要时钟110送出信息至从属时钟120的传递延迟TD1与从属时钟120送出信息至主要时钟110的传递延迟TD2相等，时间差T21及T43的平均值即为从属时钟120相对于主要时钟110的时间偏移TO。将从属时钟120的系统时间减去时间偏移TO后，可同步从属时钟120的系统时间与主要时钟110的系统时间。

然而，从属时钟120需花费一些时间来计算时间偏移TO。若是不减去在计算时间偏移TO时所消耗的时间，则从属时钟120的系统时间在时间同步流程后仍与主要时钟110的系统时间具有相当误差。

技术实现要素：

本发明提供一种网络设备、时间同步方法及其网络系统，其通过减去在计算与主要时钟设备进行时间同步流程时所消耗的时间，可使更新后的系统时间更为精确。此外，依照本发明所产生的同步脉冲信号可传输至其他通讯设备，以对这些通讯设备进行系统时间的同步，使得这些通讯设备更新的系统时间更为精确。

本发明的一方面是在于提供一种网络设备，此网络设备包含通讯单元和处理单元。通讯单元用以与主要时钟设备进行时间同步流程。处理单元耦接于通讯单元，其用以控制通讯单元进行时间同步流程，以得到网络设备相对于主要时钟设备的时间偏移，且处理单元计算进行时间同步流程时所经过的处理时间，并通过计算网络设备的系统时间、时间偏移以及处理时间来得到校正时间。

在一或多个实施例中，上述网络设备还包含计数单元，耦接于处理单元， 此计数单元通过校正时间来设定网络设备的同步脉冲信号的计数时间。

在一或多个实施例中，上述网络设备还包含输出端口，耦接于计数单元，此输出端口用以将同步脉冲信号传输至通讯设备。

在一或多个实施例中，上述处理单元更通过将校正时间减去网络设备的传输延迟时间来更新校正时间。

在一或多个实施例中，上述时间同步流程是精确时间协定(Precision Time Protocol；PTP)流程，且上述处理时间是经由处理单元将在计算出时间偏移时所对应的系统时间减去接收到补充信息(Follow-up message)时所对应的系统时间而得到。

本发明的另一方面是在于提供一种使用于网络设备的时间同步方法。此时间同步方法包含下列步骤。首先，与主要时钟设备进行精确时间协定流程，以得到网络设备相对于主要时钟设备的时间偏移。接着，将在计算出时间偏移时所对应的网络设备的系统时间减去网络设备接收到补充信息时所对应的系统时间，以得到网络设备计算进行精确时间协定流程时所经过的处理时间。接着，通过计算网络设备的系统时间、时间偏移以及处理时间来得到校正时间。之后，通过校正时间来设定网络设备的同步脉冲信号的计数时间。

在一或多个实施例中，上述时间同步方法还包含经由网络设备的输出端口将同步脉冲信号传输至通讯设备。

在一或多个实施例中，上述时间同步方法还包含通过校正时间减去网络设备的传输延迟时间来更新校正时间。

本发明的又一方面是在于提供一种网络系统，此网络系统包含主要时钟设备和网络设备。网络设备用以与主要时钟设备通讯连接，且与主要时钟设备进行时间同步流程，以得到网络设备相对于主要时钟设备的时间偏移。网络设备更计算进行时间同步流程时所经过的处理时间，并根据该时间偏移与处理时间来得到校正时间，以通过校正时间来设定网络设备的同步脉冲信号的计数时间。

在一或多个实施例中，上述网络设备是交换器。

本发明的优点在于，通过减去在计算与主要时钟设备进行时间同步流程时所消耗的时间，可使更新后的系统时间更为精确。此外，依照本发明所产生的同步脉冲信号可传输至其他通讯设备，以对这些通讯设备进行系统时间的同 步，使得这些通讯设备更新的系统时间更为精确。

附图说明

为了更完整了解实施例及其优点，现参照结合所附附图所做的下列描述，其中：

图1是绘示主要时钟(master clock)与从属时钟(slave clock)在时间同步流程时所进行的信息传递的示意图；

图2是绘示依据本发明一些实施例的网络系统的示意图；

图3是绘示依据本发明一些实施例的网络设备的示意图；以及

图4是绘示依据本发明一些实施例的时间同步方法的流程图。

具体实施方式

以下将以附图及详细叙述清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

关于本文中所使用的“耦接”一词，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“耦接”还可指二或多个元件元件相互操作或动作。

图2是绘示依据本发明一些实施例的网络系统200的示意图。网络系统200包含主要时钟设备110、网络设备220(1)～220(N)以及网络230。每一网络设备220(1)～220(N)可以是例如交换器(switch)、路由器(router)等中间节点设备或是例如个人电脑、网络摄影机、影像播放器等具有网络连线功能的终端设备。网络230可以是区域网络(local area network；LAN)或广域网络(wide area network；WAN)，且主要时钟设备210或网络设备220(1)～220(N)可经由有线或无线连接技术透过网络230彼此通讯连接。在一些实施例中，主要时钟设备210包含最高级时钟(grandmaster clock；GMC)，此最高级时钟可以是提供高时间精度的原子钟(atomic clock)，例如铯原子钟(Cesium atomic clock)或铷原子钟(Rubidium atomic clock)等，而网络设备220(1)～220(N)为包含边界时钟(boundary clock)的中间节点设备或包含普通时钟(ordinary clock)的终端设备。或者，在其他实施例中，主要时钟设备210为包含边界时钟的中间 节点设备，而网络设备220(1)～220(N)为包含边界时钟的中间节点设备或包含普通时钟的终端设备。

图3为绘示依据本发明一些实施例的网络设备300的示意图。网络设备300可以是图2中网络设备220(1)～220(N)的其中一者。此外，网络设备300可以是例如交换器(switch)、路由器(router)等中介节点设备或是终端设备。网络设备300包含计数时间，且当计数时间符合一预定条件时，网络设备300产生同步脉冲信号且将同步脉冲信号传输至一通讯设备，以同步网络设备300和通讯设备的系统时间。

网络设备300包含通讯单元310、处理单元320、计数单元330和输出端口340。通讯单元310用以通讯连接至主要时钟设备，且与主要时钟设备进行时间同步流程。网络设备300所进行的时间同步流程为如图1所示的根据精确时间协定所进行的信息传递流程，且网络设备300对应至图1中的从属设备120。

处理单元320耦接于通讯单元310，其用以控制通讯单元310进行时间同步流程，以得到网络设备300相对于主要时钟设备的时间偏移。时间偏移的计算已在先前的段落中说明，故在此不赘述。

此外，处理单元320更计算进行时间同步流程时所经过的处理时间。于本发明实施例中，处理单元320在计算校正时间前读取网络设备300的系统时间，且将此读取的系统时间减去时间T2后即可得到处理时间。

在一些实施例中，处理单元320将网络设备300的系统时间减去网络设备300相对于主要时钟设备的时间偏移且减去处理时间而计算出校正时间。或者，在一些实施例中，处理单元320先将网络设备300的系统时间减去网络设备300相对于主要时钟设备的时间偏移而计算出校正时间，接着再以校正时间减去处理时间后的值来更新校正时间。

在一些实施例中，处理单元320更以校正时间减去处理时间和传输延迟时间后的值来更新校正时间。由于从处理单元320送出信号至计数单元330所经过的传输延迟时间大致为固定，故可再进一步减去传输延迟时间，以进一步增加时间校正的精确性。

计数单元330耦接于处理单元320，其通过校正时间来设定网络设备300的同步脉冲信号的计数时间。计数单元330在计数时间符合一预定条件时产生 同步脉冲信号，且控制输出端口340输出同步脉冲信号。上述预定条件可以是计数时间达到一预设值，且当计数时间递增至预设值时，计数单元330产生同步脉冲信号，且重设计数时间为0。或者，上述预定条件可以是计数时间达到0，且当计数时间递减至0时，计数单元330产生同步脉冲信号，且重设计数时间为预设值。上述预设值可储存至计数单元330的暂存器(图未绘示)中。。举例而言，校正时间和计数时间可以奈秒为单位，且计数单元330可以1秒(即109奈秒)减去校正时间来得到计数时间。当计数时间降为0时，计数单元330控制输出端口340输出同步脉冲信号。

依照上述实施例，网络设备300可依据设定的计数时间，间隔性地产生或传输同步脉冲信号，以同步网络设备300和通讯设备的系统时间。通讯设备可以是例如网络摄影机、影像播放器等终端设备或是例如交换器、路由器等中间节点设备，但不限于此。图3绘示的网络设备300是以包含单个输出端口340为例，而在其他实施例中，根据不同的应用需求，输出端口340的个数可设计为多个，以实现同步多个通讯设备的系统时间。

请参照图4，图4为依据本发明一些实施例的时间同步方法400的流程图。时间同步方法400适用于网络设备，例如图3的网络设备300或是图2的网络系统200中的任一网络设备220(1)～220(N)，且此网络设备可以是中间节点设备或终端设备。

时间同步方法400包含下列步骤。首先，进行步骤410，与主要时钟设备进行如图1所示的精确时间协定流程，以得到网络设备相对于主要时钟设备的时间偏移。

接着，进行步骤420，将在计算出时间偏移时所对应的网络设备的系统时间减去网络设备接收到补充信息时所对应的系统时间，以得到网络设备计算进行精确时间协定流程时所经过的处理时间。

接着，进行步骤430，通过计算网络设备的系统时间、时间偏移以及处理时间来得到校正时间。在一些实施例中，可将网络设备的系统时间减去网络设备相对于主要时钟设备的时间偏移且减去处理时间而计算出校正时间。或者，在一些实施例中，可先将网络设备的系统时间减去网络设备相对于主要时钟设备的时间偏移而计算出校正时间得到处理时间后，接着再以校正时间减去处理时间后的值来更新校正时间。在一些实施例中，网络设备更可通过校正时间减 去网络设备的传输延迟时间来更新校正时间。

之后，进行步骤440，通过校正时间来设定网络设备的同步脉冲信号的计数时间，此计数时间用以控制网络设备在何时输出同步脉冲信号。网络设备可将同步脉冲信号传输至一通讯设备，以同步网络设备和通讯设备的系统时间。通讯设备可以是例如网络摄影机、影像播放器等终端设备或是例如交换器、路由器等中间节点设备，但不限于此。

本发明的优点在于，通过减去在计算与主要时钟设备进行时间同步流程时所消耗的时间，可使更新后的系统时间更为精确。此外，依照本发明所产生的同步脉冲信号可传输至其他通讯设备，以对这些通讯设备进行系统时间的同步，使得这些通讯设备更新的系统时间更为精确。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。